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문제 정의
- 현재 국내에는 상용화된 폐망간 전지와 폐알카리망간전지의 재활용기술이 없는 상태이며 이에 대한 연구가 진행 중에 있다. 따라서 본 연구는 가정용 폐전지의 재활용을 위한 물리적 처리방안에 대한 연구를 수행하여 상용화할 수 있는 폐망간전지, 폐알카리망간전지의 재활용 기술을 확립하는데 목적을 두었다.
제안 방법
- 파쇄되어 배출되도록 하였다. 또한 본 실험에 사용된 자력선별기는 영구자석과 이송 벨트로 구성되어 있으며, 파쇄기 배출 하단에 설치되어있는 배출 컨베이어에 고정되어있는 연속식으로서 파쇄 후 바로 파쇄물 의자 성체와 비자성체로 분리되도록 되어 있고 입도 분리는 진동 입도 분급기를 사용하였다.
- 수거된 가정용 폐전지에 대해 먼저 수작업으로 쓰레기와 자력선별이 되지 않는 전지(표면이 심하게 녹슨 것, 자성을 띄지 않는 것 등) 그리고 사각랜턴형 전지를 선별한 뒤에 나머지 전지혼합물을 형상선별기에 투입하여 각각 폐망간 전지 AAA, AA, C, D형과 폐알칼리 망간 전지 AAA, AA, C, D형으로 분리하였다.
- 이때 폐전지의 파쇄는 타발형 중속분쇄기를 사용하였으며 폐망간전지에 대해 회전날 하부에 각각 020 mm 의 공경을 갖는 망을 설치하여 분쇄 산물이 이 공경보다 작게 파쇄되어 배출되도록 하였다. 또한 본 실험에 사용된 자력선별기는 영구자석과 이송 벨트로 구성되어 있으며, 파쇄기 배출 하단에 설치되어있는 배출 컨베이어에 고정되어있는 연속식으로서 파쇄 후 바로 파쇄물 의자 성체와 비자성체로 분리되도록 되어 있고 입도 분리는 진동 입도 분급기를 사용하였다.
- 이를 보안하기 위해 분쇄기의 입. 출부와 자력선별기 부분에 밀폐형의 집진 설비를 설치하여 분진을제거하였다.
- 형상선별기를 통하여 선별된 전지 중 폐망간전지 AA, C, D, 사각 랜턴(4R25A)형을 대상으로 파쇄 및 자력선별 그리고 입도분리를 하였다.
- 2에 망간/알카리망간전지의 물리적 처리공정도를 나타내었다. 형상선별기에 의해 분리 선별되어진 전지 중 폐망간전지를 대상으로 AA, C, D, 사각랜턴(4R25A) 형을 각각 파쇄기, 자력선 별기, 진동 분급기 및 와전류 정전 선별기 등의 연속공정으로 실험을 행하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서 사용한 시료는 2000년도 서울시 일부 구청에서 시범화사업으로 수거한 폐전지를 대상으로 하였으며 이때 수거된 폐전지는 망간전지와 알칼리망간 전지가 5.8 : 3.2의 비율로 구성되어 잇다. 망간 전지 및 알칼리망간 전지는 Table 1에 나타낸 바와 같이 외장 케이스, 양극, 음극 및 전해질로 구성되어 있으며 회수대상이 되는 물질은 철, 아연 및 망간으로 망간전지는 각각의 금속성분을 20%, 22%, 15% 포함하고 있으며, 알칼리망간 전지에는 각 금속 성분이 30%, 15%, 25% 포함되어 있다.
성능/효과
- 얻었다. 1) 형상 선별기를 이용하여 폐망간 전지를 형상별 중량별로 분리하여 본 결과 두 번째 공정 중 AA를 제외한나머지는 모두 선별이 잘 되는 것을 알 수 있었으며, 형상선별기의 시간당 처리량은 400-600 unit/hr 이었다. 2) 파쇄산물 중 자성체에는 망간, 아연 등의 불순물함량이 각각 0.
- 1) 형상 선별기를 이용하여 폐망간 전지를 형상별 중량별로 분리하여 본 결과 두 번째 공정 중 AA를 제외한나머지는 모두 선별이 잘 되는 것을 알 수 있었으며, 형상선별기의 시간당 처리량은 400-600 unit/hr 이었다. 2) 파쇄산물 중 자성체에는 망간, 아연 등의 불순물함량이 각각 0.1% 이하였으며 99% 이상이 Fe임을 알수 있었다. 또한 비자 성체의 경우에는 폐망간전지 종류에 따라 Zn。] 22~30%, Mn。〕16-22%, Fe는 1~3% 정도였고 기타탄소봉과 플라스틱, 종이 등이 대략 37-50% 정도를 차지하고 있는 것을 알 수 있었다.
- 또한 비자 성체의 경우에는 폐망간전지 종류에 따라 Zn。] 22~30%, Mn。〕16-22%, Fe는 1~3% 정도였고 기타탄소봉과 플라스틱, 종이 등이 대략 37-50% 정도를 차지하고 있는 것을 알 수 있었다. 3) 폐망간전지내 유가 금속의 총함량은 약 Fe 12%, Mn 20%, Zn 24% 정도이고 전체 성분의 57% 정도를차지하고 있었다.
- 4) 폐망간 전지의 물리적 처리를 통하여 Fe는 자성체에 87% 정도를 농축시킬 수 있었고 Mg과 Zne 은 비자 성체 -8 mesh에서 89%, 64%> 농축시킬 수 있었다. 5) 유도형와류 정전선별기 로 비자 성체 +8 mesh내의 Zn 판상을 회수한 결과 선 속 2, 250m/min~2, 750m/ min 사이에서 96% 이상의 회수 효율이 있음을 확인할 수 있었다.
- 있었다. 5) 유도형와류 정전선별기 로 비자 성체 +8 mesh내의 Zn 판상을 회수한 결과 선 속 2, 250m/min~2, 750m/ min 사이에서 96% 이상의 회수 효율이 있음을 확인할 수 있었다.
- 5에 폐망간 전지 자성체의 각 전지별 유가금속조성을 나타내었다. Fig. 5에서 볼 수 있듯이 폐망간전지 종류별 자성체 내의 유가 금속 함량으로 모두 Fe만 선택적으로 잘 선별된 것을 알 수 있었고 4R25형을 제외한 AA~D형의 경우 Fe의 함량이 13-14% 정도가 포함되어져 있는 것을 알 수 있었다. 4R25형의 경우는외장이 종이 질로 되어 있어 철의 함량이 거의 없음을알 수 있었다.
- 6에 비자 성체 내의 유가 금속 조성을 나타내었다. Fig. 6에서 볼 수 있듯이 폐망간 전지 종류별로 Fe의 함량이 낮으며, 4R25A형의 경우 Mn, Zn의 함량이 각각 22%, 25%이고 D형의 경우는 19%, 22%, C형의 경우는 22%, 22%로 이들 세 종류의 전지들은 Mn과 Zn 의 함량이 비슷하게 포함되어져 있는 것을 알 수 있으나 AA형의 경우는 Mn과 Zn의 함량이 17%, 29%로차이가 나는 것을 알 수 있다. 이는 AA형이 C형과 D 형에 비해 전지의 높이는 비슷하나 원통의 지름이 작기때문에 (Table 2의 H/W 비 참조) Mn의 양이 상대적으로 Zn의 양보다 적은 것을 확인할 수 있었다.
- 8에 폐망간 전지 비자 성체 +8 mesh와 -8 mesh의 각 전지별 유가 금속의 함량을 나타내었다. Fig. 7에서 폐망간 전지 비자 성체 +8 mesh에서는 위에서 설명했던 바와 같이 Zn이 판상으로 존재하고 있어 폐전지 종류별로 약간의 차이는 있으나 Zn의 함량이 약 10% 정도 되는 것을 볼 수 있고, Mn의 경우에는 폐전지의 크기가 작아짐에 따라 +8 mesh에 포함되어지는 Mn의 양도 줄어드는 것을 알 수 있었다. 그러나 그 함유율이 1~4% 정도로 적어 크게 차이가 없는것을 알 수 있었다.
- Table 5에서 볼 수 있는 바와 같이 와전류 선별기에 의한 Zn 판상을 분리한 결과 선속 2, 250~2, 750 m/min 범위에서 96% 이상의 회수 효율이 있음을 확인할 수 있었다.
- 정도였다. 그리고 나머지 탄소봉과 플라스틱, 종이 등이 약 37-49.8% 정도를 차지하고 있는 것을 확인할 수 있었다.
- 6에서 볼 수 있듯이 폐망간 전지 종류별로 Fe의 함량이 낮으며, 4R25A형의 경우 Mn, Zn의 함량이 각각 22%, 25%이고 D형의 경우는 19%, 22%, C형의 경우는 22%, 22%로 이들 세 종류의 전지들은 Mn과 Zn 의 함량이 비슷하게 포함되어져 있는 것을 알 수 있으나 AA형의 경우는 Mn과 Zn의 함량이 17%, 29%로차이가 나는 것을 알 수 있다. 이는 AA형이 C형과 D 형에 비해 전지의 높이는 비슷하나 원통의 지름이 작기때문에 (Table 2의 H/W 비 참조) Mn의 양이 상대적으로 Zn의 양보다 적은 것을 확인할 수 있었다.
- 파쇄 산물 중 자성체에는 망간, 아연 등의 불순물 함량이 각각 0.1% 이하를 나타내고 99% 이상이 Fe임을 알 수 있었다.
- 폐망간 전지 내 유가 금속의 총함유량은 Fe가 11.8%, Mn이 20.4%, Zn이 24.4%로 전체성분의 57% 정도를차지하고 있으며, Fe의 경우 자성체에 87%가 그리고비자성체에 13%가 농축되어지는 것을 알 수 있었다. 그리고 Mn과 Zn의 경우에는 비자 성체에 각각 99.
- 75%, 비자 성체가 97.5%, AA, C, 。형 폐망간 전지는 자성체가 12-15%, 비자성체가 85-87% 정도였으며 비자 성체 중 8 mesh over와 under 의 비율은 폐망간 전지의 크기가 작아질수록 8 mesh under의 비가 감소되는 경향이 있음을 알 수 있었다. Fig.
후속연구
- 또한 폐망간 전지 및 폐알카리망간전지를 연간 만 톤 재활용하는 경우 망간 1, 700톤, 아연 2,000톤을 회수할 수 있어 외국에서 수입되는 망간 및 아연의 수입대체효과를 기대할 수 있을 것으로 사료된다. 현재 국내에는 상용화된 폐망간 전지와 폐알카리망간전지의 재활용기술이 없는 상태이며 이에 대한 연구가 진행 중에 있다.
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